WO2021079831A1 - 摩擦材 - Google Patents

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健太郎 大輪
素行 宮道
卓弥 高田
健太 木村
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Definitions

  • the present invention relates to a friction material used in automobiles, railroad vehicles, industrial machines, and the like.
  • Patent Document 1 As a friction material capable of suppressing the formation of such abrasion powder aggregates, for example, in Patent Document 1, as a compounding material, a base fiber, a binder, a lubricant, an inorganic friction adjusting material, a pH adjusting material, and A non-asbestos-based friction material comprising a filler, wherein at least one of the filler and the inorganic friction modifier is coated with at least one of a fatty acid and a metal soap. The material is disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and provides a friction material capable of suppressing abnormal noise at the time of getting wet without requiring a special step (for example, a coating step) at the time of manufacturing. It is an issue to be solved.
  • the friction material contain a phosphate-based dispersant as a friction adjusting material, so that water does not require a special step (for example, a coating step) at the time of production.
  • a special step for example, a coating step
  • the present invention relates to the following ⁇ 1> to ⁇ 3>.
  • the friction material of the present invention includes a friction adjusting material, a binder and a fiber base material.
  • a friction adjusting material for adjusting the friction of the present invention
  • a binder for adjusting the friction of the present invention
  • a fiber base material for adjusting the friction of the present invention
  • the friction material of the present invention contains a phosphate-based dispersant as a friction adjusting material.
  • Phosphate-based dispersant means condensed phosphate.
  • Condensed phosphate refers to two or more orthophosphate ions linked together, and has a linear or cyclic structure, and is widely used as a dispersant used for particle size distribution measurement, dye dispersion, and food additive. Is what you are doing.
  • the phosphate-based dispersant is contained in the friction material of the present invention, dispersion of wear debris in water is promoted even when water is present at the interface between the friction material and the disc rotor which is the mating material. , The formation of wear debris agglomerates can be suppressed. As a result, it is considered that the abnormal noise at the time of getting wet due to the agglomerates of abrasion powder can be suppressed.
  • the phosphoric acid group of the phosphate-based dispersant has a strong adsorptive power to metals and metal oxides. Therefore, it is considered that the phosphate-based dispersant tends to exhibit an action of suppressing aggregation due to repulsion due to steric hindrance or electrostatic repulsion against the abrasion powder of the friction material containing them.
  • Examples of the phosphate-based dispersant include sodium hexametaphosphate, sodium polyphosphate, sodium pyrophosphate, sodium tetraphosphate, sodium tripolyphosphate, and the like.
  • sodium hexametaphosphate, sodium polyphosphate, and sodium pyrophosphate are preferable from the viewpoint of promoting the dispersion of abrasion powder. Further, sodium hexametaphosphate is more preferable from the viewpoint of sustainability of the dispersion effect and moldability of the friction material.
  • the content of the phosphate-based dispersant in the entire friction material is preferably 0.2 to 2.0% by mass, more preferably 0.5 to 2.0% by mass, and further preferably 1.0 to 2. It is 0% by mass.
  • the content of the phosphate-based dispersant is 0.2% by mass or more, the dispersion of the abrasion powder in water can be sufficiently promoted.
  • the content of the phosphate-based dispersant is 2.0% by mass or less, deterioration of the moldability of the friction material can be suppressed.
  • Examples of other friction adjusting materials include inorganic fillers, organic fillers, abrasives, and solid lubricants.
  • examples of the inorganic filler include titanates such as potassium titanate, lithium titanate, lithium potassium titanate, sodium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, and magnesium potassium titanate, barium sulfate, calcium carbonate, and water.
  • titanates such as potassium titanate, lithium titanate, lithium potassium titanate, sodium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, and magnesium potassium titanate, barium sulfate, calcium carbonate, and water.
  • examples thereof include inorganic materials such as calcium oxide, vermiculite and mica, and metal powders such as aluminum, tin and zinc. These are used alone or in combination of two or more.
  • the inorganic filler is preferably used in an amount of 30 to 80% by mass, more preferably 40 to 70% by mass, based on the entire friction material.
  • organic filler examples include various rubber powders (raw rubber powder, tire powder, etc.), cashew dust, tire tread, melamine dust, and the like. These are used alone or in combination of two or more.
  • the organic filler is preferably used in an amount of 1 to 15% by mass, more preferably 1 to 10% by mass, based on the entire friction material.
  • abrasive examples include alumina, silica, magnesium oxide, zirconia, zirconium silicate, chromium oxide, ferric tetraoxide (Fe 3 O 4 ), chromate and the like. These are used alone or in combination of two or more.
  • the abrasive is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 3 to 15% by mass, in the entire friction material.
  • solid lubricant examples include graphite (graphite), coke, antimony trisulfide, molybdenum disulfide, tin sulfide, and polytetrafluoroethylene (PTFE). These are used alone or in combination of two or more.
  • the solid lubricant is preferably used in an amount of 1 to 20% by mass, more preferably 3 to 15% by mass, based on the entire friction material.
  • the friction adjusting material is preferably used in an amount of 60 to 90% by mass, more preferably 70 to 90% by mass, based on the entire friction material, from the viewpoint of sufficiently imparting the desired friction characteristics to the friction material.
  • Binder various commonly used binders can be used. Specific examples thereof include various modified phenol resins made of phenol resins, elastomers and the like, thermosetting resins such as melamine resins, epoxy resins and polyimide resins.
  • elastomer-modified phenol resin examples include acrylic rubber-modified phenol resin, silicone rubber-modified phenol resin, and nitrile rubber (NBR) -modified phenol resin. These are used alone or in combination of two or more.
  • the binder is preferably used in an amount of 1 to 20% by mass, more preferably 3 to 15% by mass, based on the entire friction material.
  • fiber base material various commonly used fiber base materials can be used. Specific examples thereof include organic fibers, inorganic fibers and metal fibers.
  • organic fibers examples include aromatic polyamide (aramid) fibers and flame-resistant acrylic fibers.
  • the inorganic fiber examples include biosoluble inorganic fiber, ceramic fiber, glass fiber, carbon fiber, rock wool and the like.
  • the biosoluble inorganic fibers for example, SiO 2 -CaO-MgO-based fiber, SiO 2 -CaO-MgO-Al 2 O 3 fibers, biosoluble ceramic fibers or living body such as SiO 2 -MgO-SrO based fiber Examples include soluble rock wool.
  • metal fibers examples include steel fibers and the like. These are used alone or in combination of two or more.
  • the fiber base material is preferably used in an amount of 3 to 30% by mass, more preferably 5 to 20% by mass, based on the entire friction material.
  • the friction material of the present invention can be manufactured by a known manufacturing process. For example, each of the above components is blended, and the blended material is manufactured through steps such as preforming, thermoforming, heating, and polishing according to a usual manufacturing method. can do.
  • a method for manufacturing a brake pad provided with a friction material generally has the following steps.
  • d Pressure coated with the preformed product and an adhesive.
  • Thermal molding step molding temperature 130 to 180 ° C., molding pressure 30 to 80 MPa, molding time 2 to 10 minutes
  • a step of performing after-cure 150 to 300 ° C., 1 to 5 hours) and finally performing finishing treatments such as polishing, scorch, and painting.
  • Examples 1 to 6, Comparative Example 1 The compounding materials shown in Table 3 were collectively put into a mixing stirrer and mixed at room temperature for 4 minutes to obtain a mixture. The obtained mixture was subjected to the following preforming (i), thermoforming (ii), heating and scorch (iii) to prepare a friction material.
  • the friction materials obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were evaluated by the following methods for abnormal noise when wet, and after being left in a low-temperature and high-humidity environment and when wet (simulation of dew condensation state). We evaluated the change in the average friction coefficient of.
  • the loudest abnormal noise was judged by sensory evaluation and evaluated based on the following criteria.
  • the results are shown in Table 3.
  • the sensory evaluation was carried out by one engineer who specially evaluates the actual vehicle test designated by the automobile manufacturer based on the evaluation criteria.
  • ⁇ No abnormal noise is generated
  • ⁇ Small sound (level that can be tolerated even if it is generated)
  • ⁇ Medium tone (conspicuous level)
  • ⁇ Loud sound (unpleasant sound)
  • the average friction coefficient of braking condition 1 and the average friction coefficient of braking condition 2 after being left for 8 hours, the average friction coefficient of braking condition 1 and the average friction coefficient of braking condition 3 after spraying with water spray are compared, respectively, in a low temperature and high humidity environment.
  • the rate of change in the average friction coefficient after being left under the ground and after being sprayed with water was calculated by the following formula and evaluated based on the following criteria. The results are shown in Table 3.
  • ⁇ less than ⁇ 5% ⁇ : ⁇ 5% or more, less than ⁇ 10% ⁇ : ⁇ 10% or more, less than ⁇ 15% ⁇ : ⁇ 15% or more

Abstract

本発明の課題は、製造時に特別な工程（例えば、コーティング工程）を必要とせずに水濡れ時の異音を抑制することができる摩擦材を提供することである。本発明は、摩擦調整材、結合材及び繊維基材を含む摩擦材であって、前記摩擦調整材として、リン酸塩系分散剤を含有する、摩擦材に関する。

Description

摩擦材
　本発明は、自動車、鉄道車両及び産業機械等に用いられる摩擦材に関する。
　雨天時や洗車時等において、摩擦材と相手材であるディスクロータとの界面に水分が十分に存在する状態になることがある。このような状態でブレーキ制動が行われると、ブレーキ制動時に発生する摩耗粉と、摩擦材とディスクロータとの界面に存在する水が混錬され、摩耗粉凝集体が生成する。
　ブレーキ制動をさらに繰り返すと、摩擦材とディスクロータとの界面にある水分量が少なくなり、摩耗粉凝集体の凝集が強固となる。そして、ブレーキ制動時のせん断力により摩耗粉凝集体が崩れる際に、ロータと摩擦材の滑り（スティックスリップ）が繰り返し発生し、振動となり異音（以下、「水濡れ時の異音」と称することがある。）が発生することがある。
　このような摩耗粉凝集体の生成を抑制することのできる摩擦材として、例えば、特許文献１では、配合材として基材繊維、結合材、潤滑材、無機の摩擦調整材、ｐＨ調整材、及び充填材を含んでなる非石綿系摩擦材であって、前記充填材及び前記無機の摩擦調整材の少なくとも一方が、脂肪酸及び金属石鹸の少なくとも一方によってコーティングされることを特徴とする非石綿系摩擦材が開示されている。
日本国特開２０１７－８１６７号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の摩擦材において摩耗粉凝集体の生成を抑制するには、製造時に充填材や無機の摩擦調整材のコーティング工程が必要なため製造コストがかかる。
　本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、製造時に特別な工程（例えば、コーティング工程）を必要とせずに水濡れ時の異音を抑制することができる摩擦材を提供することを解決すべき課題としている。
　本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、摩擦材に、摩擦調整材として、リン酸塩系分散剤を含有させることで、製造時に特別な工程（例えば、コーティング工程）を必要とせず水濡れ時の異音を抑制することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
　すなわち、本発明は下記＜１＞～＜３＞に関するものである。
＜１＞摩擦調整材、結合材及び繊維基材を含む摩擦材であって、前記摩擦調整材として、リン酸塩系分散剤を含有する、摩擦材。
＜２＞前記リン酸塩系分散剤の含有量が０．２～２．０質量％である、＜１＞に記載の摩擦材。
＜３＞前記リン酸塩系分散剤がヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム及びピロリン酸ナトリウムからなる群から選択される少なくとも１つである、＜１＞又は＜２＞に記載の摩擦材。
　本発明によれば、製造時に特別な工程（例えば、コーティング工程）を必要とせずに水濡れ時の異音を抑制することができる摩擦材を提供することができる。
　以下、本発明について詳述するが、これらは望ましい実施態様の一例を示すものであり、本発明はこれらの内容に特定されるものではない。
　本発明の摩擦材は、摩擦調整材、結合材及び繊維基材を含む。
　以下、各成分について詳細に説明する。
＜摩擦調整材＞
　本発明の摩擦材は、摩擦調整材として、リン酸塩系分散剤を含有する。
（リン酸塩系分散剤）
　リン酸塩系分散剤とは、縮合リン酸塩を意味する。
　縮合リン酸塩は、オルトリン酸イオンが２つ以上つながったものを指し、直鎖状や環状構造のものがあり、粒度分布測定時に使用する分散剤や、染料分散、食品添加物として広く使用されているものである。
　リン酸塩系分散剤を本発明の摩擦材に含有させると、摩擦材と相手材であるディスクロータとの界面に水分が存在する状態であっても、摩耗粉の水への分散が促され、摩耗粉凝集体の生成を抑制することができる。その結果、摩耗粉凝集体が原因である水濡れ時の異音を抑制することができると考えられる。
　また、リン酸塩系分散剤が有するリン酸基は、金属や金属酸化物への吸着力が強い。よって、それらを含む摩擦材の摩耗粉に対して、リン酸塩系分散剤は、立体障害による反発や静電気的反発による凝集抑制作用を発現しやすいと考えられる。
　リン酸塩系分散剤としては、例えば、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、テトラリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、等が挙げられる。これらの中でも、摩耗粉の分散促進性の観点から、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウムが好ましい。また、分散効果の持続性、摩擦材の成形性の観点から、ヘキサメタリン酸ナトリウムがより好ましい。
　リン酸塩系分散剤の摩擦材全体中の含有量は、０．２～２．０質量％が好ましく、より好ましくは０．５～２．０質量％、さらに好ましくは１．０～２．０質量％である。リン酸塩系分散剤の含有量が０．２質量％以上であれば、摩耗粉の水への分散を充分に促すことができる。リン酸塩系分散剤の含有量が２．０質量％以下であれば、摩擦材の成形性が悪化することを抑制することができる。
（その他の摩擦調整材）
　その他の摩擦調整材は、耐摩耗性、耐熱性、耐フェード性等の所望の摩擦特性を摩擦材に付与するために用いられる。
　その他の摩擦調整材としては、例えば、無機充填材、有機充填材、研削材、固体潤滑材等を挙げることができる。
　無機充填材としては、例えば、チタン酸カリウム、チタン酸リチウム、チタン酸リチウムカリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸マグネシウムカリウム等のチタン酸塩、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、バーミキュライト、マイカ等の無機材料や、アルミニウム、スズ、亜鉛等の金属粉末が挙げられる。これらは各々単独で、または２種以上組み合わせて用いられる。
　無機充填材は、摩擦材全体中、好ましくは３０～８０質量％、より好ましくは４０～７０質量％用いられる。
　有機充填材としては、例えば、各種ゴム粉末（生ゴム粉末、タイヤ粉末等）、カシューダスト、タイヤトレッド、メラミンダスト等が挙げられる。これらは各々単独で、または２種以上組み合わせて用いられる。
　有機充填材は、摩擦材全体中、好ましくは１～１５質量％、より好ましくは１～１０質量％用いられる。
　研削材としては、例えば、アルミナ、シリカ、酸化マグネシウム、ジルコニア、珪酸ジルコニウム、酸化クロム、四三酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、クロマイト等が挙げられる。これらは各々単独で、または２種以上組み合わせて用いられる。
　研削材は、摩擦材全体中、好ましくは１～２０質量％、より好ましくは３～１５質量％用いられる。
　固体潤滑材としては、黒鉛（グラファイト）、コークス、三硫化アンチモン、二硫化モリブデン、硫化スズ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。これらは各々単独で、または２種以上組み合わせて用いられる。
　固体潤滑材は、摩擦材全体中、好ましくは１～２０質量％、より好ましくは３～１５質量％用いられる。
　摩擦調整材は、上記所望の摩擦特性を摩擦材に十分付与する観点から、摩擦材全体中、好ましくは６０～９０質量％、より好ましくは７０～９０質量％用いられる。
＜結合材＞
　結合材としては、通常用いられる種々の結合材を用いることができる。具体的には、フェノール樹脂、エラストマー等による各種変性フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。
　エラストマー変性フェノール樹脂としては、例えば、アクリルゴム変性フェノール樹脂、シリコーンゴム変性フェノール樹脂、ニトリルゴム（ＮＢＲ）変性フェノール樹脂等が挙げられる。これらは各々単独で、または２種以上組み合わせて用いられる。
　結合材は、摩擦材の成形性の観点から、摩擦材全体中、好ましくは１～２０質量％、より好ましくは３～１５質量％用いられる。
＜繊維基材＞
　繊維基材としては、通常用いられる種々の繊維基材を用いることができる。具体的には、有機繊維、無機繊維、金属繊維が挙げられる。
　有機繊維としては、例えば、芳香族ポリアミド（アラミド）繊維、耐炎性アクリル繊維等が挙げられる。
　無機繊維としては、例えば、生体溶解性無機繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ロックウール等が挙げられる。生体溶解性無機繊維としては、例えば、ＳｉＯ２－ＣａＯ－ＭｇＯ系繊維、ＳｉＯ２－ＣａＯ－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３系繊維、ＳｉＯ２－ＭｇＯ－ＳｒＯ系繊維等の生体溶解性セラミック繊維や生体溶解性ロックウール等が挙げられる。
　金属繊維としては、例えば、スチール繊維等が挙げられる。これらは各々単独で、または２種以上組み合わせて用いられる。
　繊維基材は、摩擦材の十分な強度を確保する観点から、摩擦材全体中、好ましくは３～３０質量％、より好ましくは５～２０質量％用いられる。
＜摩擦材の製造方法＞
　本発明の摩擦材は、公知の製造工程により製造でき、例えば、上記各成分を配合し、その配合物を通常の製法に従って予備成形、熱成形、加熱、研摩等の工程を経て摩擦材を製造することができる。
　摩擦材を備えたブレーキパッドの製造方法は、一般的に以下の工程を有する。
（ａ）板金プレスによりプレッシャプレートを所定の形状に成形する工程
（ｂ）上記プレッシャプレートに脱脂処理、化成処理及びプライマー処理を施し、接着剤を塗布する工程
（ｃ）摩擦調整材、結合材及び繊維基材等の原料を配合し、混合により十分に均質化して、常温にて所定の圧力で成形して予備成形体を作製する工程
（ｄ）上記予備成形体と接着剤が塗布されたプレッシャプレートとを、所定の温度及び圧力を加えて両部材を一体に固着する熱成形工程（成形温度１３０～１８０℃、成形圧力３０～８０ＭＰａ、成形時間２～１０分間）
（ｅ）アフターキュア（１５０～３００℃、１～５時間）を行って、最終的に研摩、スコーチ、及び塗装等の仕上げ処理を施す工程
　以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。
（実施例１～６、比較例１）
　表３に示す配合材料を、混合撹拌機に一括して投入し、常温で４分間混合し、混合物を得た。得られた混合物に以下の予備成形（ｉ）、熱成形（ｉｉ）、加熱及びスコーチ（ｉｉｉ）を行い、摩擦材を作製した。
（ｉ）予備成形
　混合物を予備成形プレスの金型に投入し、常温にて２０ＭＰａで１０秒間成形を行い、予備成形体を作製した。
（ｉｉ）熱成形
　この予備成形体を熱成形型に投入し、予め接着剤を塗布した金属板（プレッシャプレート）を重ね、１５０℃、４０ＭＰａで５分間加熱加圧成形を行った。
（ｉｉｉ）加熱、スコーチ
　この加熱加圧成形体に、２５０℃、３時間の熱処理を実施した後、研摩した。
　次いで、この加熱加圧成形体の表面にスコーチ処理を施し、仕上げに塗装を行い、摩擦材を得た。
　実施例１～６及び比較例１で得られた摩擦材に対して以下の方法により、水濡れ時の異音に関する評価、並びに低温高湿環境下放置後及び水濡れ時（結露状態の模擬）の平均摩擦係数の変化に関する評価を行った。
＜水濡れ時の異音＞
　上記で得られた摩擦材を使用し、実車（車種：ＳＵＶ　ＡＴ車、車両重量：２０００ｋｇ）にて、表１に示す条件に基づき、試験を実施した。
　なお、水掛けは、洗車後や雨天時走行の模擬を目的として、ロータ及び摩擦材に、１５Ｌ／分で１分間散水を実施した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　制動条件１及び制動条件２における１０回制動中に生じた異音のうち、最も音が大きかった異音を官能評価にて判断し、下記基準に基づき評価した。結果を表３に示す。なお、当該官能評価は、自動車メーカー指定の実車試験を、評価基準に基づき専門に評価する技術者１名により行われた。
◎：異音発生なし
○：小音（発生しても許容できるレベル）
△：中音（目立つレベル）
×：大音（不快な音）
＜低温高湿環境下放置後及び水濡れ時（結露状態の模擬）の平均摩擦係数の変化＞
　上記で得られた摩擦材を使用し、フルサイズのダイナモメータを用いて、表２に示す条件に基づき、試験を実施した。
　なお、水スプレー噴霧は、結露状態の模擬を目的として、インナ摩擦面及びアウタ摩擦面にそれぞれ３ｍＬずつ噴霧を実施した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　制動条件１の平均摩擦係数と制動条件２の８時間放置後の平均摩擦係数、制動条件１の平均摩擦係数と制動条件３の水スプレー噴霧後の平均摩擦係数をそれぞれ比較し、低温高湿環境下放置後と水スプレー噴霧後の平均摩擦係数の変化率を下記式によって求め、下記基準に基づき評価した。結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
◎：±５％未満
○：±５％以上、±１０％未満
△：±１０％以上、±１５％未満
×：±１５％以上
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表３の結果から、実施例１～６に係る摩擦材は、水濡れ時の異音を抑制することができることがわかった。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２０１９年１０月２５日出願の日本特許出願（特願２０１９－１９４３８８）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims (3)

  1. 　摩擦調整材、結合材及び繊維基材を含む摩擦材であって、
    　前記摩擦調整材として、リン酸塩系分散剤を含有する、摩擦材。
  2. 　前記リン酸塩系分散剤の含有量が０．２～２．０質量％である、請求項１に記載の摩擦材。
  3. 　前記リン酸塩系分散剤がヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム及びピロリン酸ナトリウムからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１又は２に記載の摩擦材。
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